Willamette（ウィラメット）
2000年11月20日にリリースされた第一世代のPentium 4。180nmプロセスルールで製造され、256KBのL2キャッシュを持つ。 当初はサポートするチップセットが高価なRDRAMをサポートするIntel 850チップセットのみで、Pentium 4に128MB分（64MBが2枚）のRIMM（RDRAMモジュール）を価格据え置きで同梱するなどの様々な販促活動を行ったが、あまり普及しなかった。このため、インテルはPC-133 SDRAMをサポートするIntel 845チップセットを発売した。後にIntel 845を改良してDDR SDRAMをサポートしたi845 B-Step、通称Intel 845Dが投入された。なお、Intel 865系以降のチップセットはWillametteに対応していない。
発売当初はSocket 423を採用していたが、後にSocket 478を採用し、これが主流となる。
Northwood（ノースウッド）
2002年1月8日にリリースされた第二世代のPentium 4。Willametteをそのまま130nmプロセスルールで製造した製品。製造プロセスの微細化による消費電力低減とL2キャッシュの倍増（256KBから512KB）による多少の性能向上を実現している。最大動作周波数は2004年2月に3.4GHzを達成した。 発熱量と処理能力のバランスが良くPrescott登場後も根強い人気があったが、2005年3月をもって製造終了。Northwoodではソケットの変更を受けることなく、全てがソケット478版となる。 2002年11月にはXeonプロセッサに引き続きハイパースレッディング・テクノロジー（HT:Hyper-Threading Technology、同時マルチスレッディング）が利用可能なPentium 4がリリースされた。このHTに対応したチップセットとしてIntel 865シリーズが開発された。
Prescott（プレスコット）
2004年1月1日にリリースされた90nmプロセスで製造される第三世代のPentium 4。L2キャッシュメモリを1MBに増量した一方で、さらなる高クロック化を想定してキャッシュアクセスのレイテンシとパイプライン段数を増加している。これにより1サイクルあたりの平均処理命令数は低下するため、同じ最大動作周波数のNorthwoodと比べると僅かながら性能は劣る。
PrescottからはSSE2の拡張版にあたる「ストリーミングSIMD拡張命令3 (SSE3)」の他、一部製品ではバッファオーバーランを利用した攻撃プログラムの実行を防止する「エグゼキュート・ディスエーブル・ビット（XDビット）」や、AMD64互換の64ビット拡張である「Extended Memory 64bit Technology (EM64T、のちのIntel 64) 」といった機能が追加されている。
初期の製品では従来のSocket 478に対応する製品も投入されたが、発売早々に775接点のLGAパッケージを採用するSocket 775に移行している。Socket 775はSocket Tとも呼ばれている。このTは次世代Pentium 4として開発していたTejasに由来する。Tejasではより消費電力が増えることからSocket Tの採用が予定されていたが、Prescottでも同程度の消費電力となってしまったことに対する措置である。
Prescottの影響
Prescottコアで発生したプロセッサの消費電力と発熱の問題を受けインテルはロードマップを大幅に変更した。以降、従来の動作クロックそのものの向上を重視する戦略から、1サイクルあたりの性能の向上を重視する方向へと転換している。その時期を同じくしてプロセッサー・ナンバーを導入している。
Prescott-2M
2005年2月20日にリリースされた第四世代のPentium 4。後述のTejasの中止により、代替として上位製品であった2次キャッシュを2MB実装したXeonシリーズを流用して商品化した。内容的にはPrescottの2次キャッシュを1MBから2MBへ倍増し、拡張版 Intel SpeedStep テクノロジ (EIST:Enhanced Intel SpeedStep Technology)に対応させたものと考えてよい。XDビットも標準で搭載される。プロセッサー・ナンバーは600番台となる。
また、コンピュータの仮想化技術であるインテル バーチャライゼーション・テクノロジーを実装された製品（プロセッサー・ナンバーは6x2）も発表された。
Tejas（テハス、テジャス）
当初第五世代のPentium 4として開発されていたが、消費電力の増大の問題が解決できず、開発中止になった。これに代わるものとしてPentium Dが開発された。
CedarMill（シーダーミル・Pentium 4シングルコアの終焉）
2006年1月5日にリリースされた第五世代のPentium 4。CedarMillの名称はTejasの製造プロセスを微細化したものとして計画されていたが、Tejasが開発中止となったためPrescott-2Mをそのまま65nmプロセスに微細化したものに変更された。性能を含め内容的にはPrescott-2Mと同一で、プロセッサー・ナンバーも同内容のPrescott-2Mよりも1大きいものが付けられている。Pentium Dの下位製品として位置付けされた。Prescottと同じく消費電力は大きかったが、後に改良によって他社製品と特に変わらない程度まで低下している。その上価格もPrescottより大きく引き下げられており、価格に対する性能は高いものとなった。しかし事実上の後継製品であるIntel Core 2への移行を速やかに行うために大きく宣伝されることは無く、終息を待つこととなる。
消費電力が大きく引き下げられた物は、Prescottに比べて優れたオーバークロック耐性を持つ事が知られている。
